缸内直喷汽油机的HC排放特性分析及未来排放法规对其的挑战性

在介绍缸内直接喷射汽油机基本燃烧机理及各工况运行特点的基础上 ,重点分析了缸内直喷汽油机的HC排放机理 ,同时基于对比试验 ,分析比较了在FTP 75测试循环下缸内直喷汽油机与进气道喷射汽油机的HC排放特性 .分析表明 ,为了满足未来严格的排放法规的要求 ,缸内直喷汽油机仍面临着巨大的挑战 .此外还分析了造成缸内直喷汽油机HC排放高的原因 ,并提出了控制措施 .     

醇醚双燃料均质压缩燃烧过程分析

建立了甲醇/二甲醚HCCI发动机燃烧与排放的多维数学模型。模型考虑了进排气道及燃烧室内部不对称结构。利用CFD软件FLUENT耦合双燃料简化动力学模型,对二甲醚/甲醇发动机的HCCI燃烧过程进行了模拟计算。结果表明,多维模型能够较好地预测缸内压力、温度、物质浓度随曲轴转角的变化过程和着火时刻。双燃料HCCI燃烧过程中有2个高温核心,分别是气缸左下底部和右上方边缘地带的两个区域,低温反应最早从这2个部位开始向缸内其他部位延伸。缸内平均温度达到900 K左右开始低温反应,1100 K左右开始高温反应。     

火花点燃对乙醇HCCI燃烧稳定性的影响

针对实现均质压燃(HCCI)燃烧的难点之一:着火和燃烧的控制,在一台由柴油单缸机改造而成的乙醇燃料HCCI燃烧单缸试验机上实现了HCCI燃烧,研究了火花点燃对HCCI燃烧稳定性的影响。结果表明:HCCI燃烧方式的燃烧循环变动比火花点火燃烧低,燃烧速度快,热效率高,NOx的排放大幅降低。在HCCI临界温度工况下引入火花辅助点燃能提高燃烧稳定性,减少失火循环的产生;随着缸内温度逐渐高于混合气的临界着火温度,火花点燃对HCCI燃烧的影响逐渐减弱。     

燃烧室形状对甲醇发动机燃烧过程的影响

以甲醇发动机为研究对象,建立了三维数值计算模型,并对模型的有效性进行了验证,在此基础上,对直口、敞口和缩口3种不同形状燃烧室的工作过程进行计算,详细分析了燃烧室形状对缸内速度场分布及湍动能分布,火焰传播过程,燃烧压力、压力升高率、缸内温度及NO排放的影响.结果表明,直口燃烧室的燃烧持续期居中,并有适合的压力升高率,NO...     

缸内直喷发动机分层燃烧过程仿真

利用CFD软件建立了缸内直喷(GDI)发动机的缸内分层燃烧过程三维模型,并通过仿真计算研究了喷油时刻与点火时刻对GDI发动机分层燃烧过程的影响,采用示功图验证的方法对比了实验结果与模拟结果,证明两者具有较好的一致性。通过对比不同喷油与点火相位对分层燃烧过程及排放的影响,得出了文中给定工况下相对最佳的喷油、点火相位。本文方法也适用于标定其他工况下的最佳喷油相位及点火相位。     

生物柴油发动机燃烧和排放的数值模拟

针对一款轻卡用立式、直列、水冷、四冲程、电控直喷、高压共轨、带废气旁通阀的涡轮增压中冷柴油机,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)软件AVL-FIRE和试验相结合的方法,建立发动机缸内燃烧的三维仿真模型,对生物柴油发动机缸内燃烧、排放物形成以及废气再循环(Exhaust Gas Recirculation,EGR)率对其排放的影响进行仿真分析。结果表明:相比于纯柴油,生物柴油滞燃期缩短,燃烧始点提前,缸内爆发压力曲线整体前移,燃烧持续期略延长;相比于纯柴油发动机,生物柴油发动机碳烟(soot)排放量明显降低,氮氧化物(NO_x)排放略有上升;在不明显影响soot排放量的条件下EGR能显著降低生物柴油发动机NO_x排放,表明生物柴油发动机对EGR的容忍度增强。     

乙醇燃料HCCI-SI双燃烧模式发动机性能的试验研究

在一台改进的单缸发动机上实现了乙醇火花点火燃烧和均质压燃两种燃烧方式。通过进气预热的方法得到了乙醇HCCI燃烧方式的工作区,并定义了燃烧的爆震边界和失火边界。研究结果表明,在采用进气预热的方式下,仅靠空气稀释,乙醇燃料的HCCI燃烧工作上限最大达到了SI工作方式下的50%。在乙醇HCCI燃烧的工作区域内,与SI燃烧方式相比,混合气很稀,因此缸内温度低,NOx的排放降低幅度最大可达58%以上。随着负荷的越小,混合气变得更稀,缸内燃烧温度进一步降低,NOx的降低幅度越大。但在整个负荷变化范围内CO和HC的排放都比较高。     

缸内直喷天然气发动机燃烧室选型及其混合气形成机理

利用FIRE软件建立了2.0L型直喷CNG发动机的燃烧模型,在光学样机上对CNG燃料缸内直喷的燃烧模型进行验证的基础上,仿真研究了不同燃烧室形状对缸内微观物理场的影响,探索燃烧室形状对混合气形成机理和燃烧特性以及NO生成规律的影响。结果表明:CNG燃料缸内直喷时燃烧室形状对缸内湍流特性及浓度场分布特性,特别是对火花塞附近的浓度场和湍流特性的影响很大;NO生成量不仅取决于NO的反应速率,还与反应区域的面积和反应持续时间密切相关;当燃烧室采用直口且底部适当凸起的形状时,不仅有效抑制了NO的生成,而且可以有效控制火焰传播速度,有利于稀薄燃烧。     

边界条件对乙醇HCCI发动机燃烧的影响

利用发动机循环模拟软件BOOST,并使用详细的化学反应动力学机理,建立了乙醇HCCI发动机的单区模型。模拟计算结果与试验结果吻合得较好。利用该模型研究了气门流量系数和缸内壁面温度对燃烧的影响。模拟计算结果表明,该HCCI发动机的气门流量系数不宜取得很大,在较小的流量系数下HCCI的燃烧变得柔和;而改变壁面温度相当于对进气加热,促进了燃烧。     

基于PSO和EGR的汽油机尾气排放研究

为了降低缸内直喷汽油机的排放,研究EGR系统对汽油机排放的影响.通过某款缸内直喷汽油发动机型号及参数,利用GT-POWER软件搭建仿真模型,对比仿真数据与实验数据验证模型有效性和可靠性.基于粒子群算法对常规PID控制器进行优化和改进,选取发动机转速、节气门开度和空燃比为发动机燃烧控制变量,仿真与实验测算发动机转速在2500 r/min时汽车尾气排放含量.结果表明:粒子群算法优化得到的EGR率可以大幅降低NO的排放量,CO的排放量也有所降低,虽然HC的排放有所升高,但从总体排放效果来说,发动机尾气的排放质量得到了有效改善.     

乙醇燃料SI-HCCI-SI燃烧模式发动机的工作区域

为了研究火花点火和均质压燃两种燃烧方式的转换,在一台ZS1105柴油发动机的基础上通过改变压缩比、燃料供给方式和进气系统,采用进气预热成功实现了HCCI和SI两种燃烧方式的转换。试验结果表明:所开发的双燃烧模式发动机运行可靠,可方便地实现火花点火和均质压燃两种燃烧方式的转换,可作为研究这两种燃烧方式转换的平台。确定了乙醇燃料HCCI工作区域的上、下边界判断方法,得到了乙醇燃料SI-HCCI-SI燃烧的工作区域。     

基于LabVIEW的内燃机缸压采集与分析系统开发与实验验证

为了能通过分析气缸压力来研究内燃机的燃烧状况,基于LabVIEW开发了一套内燃机缸压数据采集和分析软件．采集软件实现LabVIEW和采集卡之间的通讯,获取缸压和曲轴转角信号．分析软件采用倒拖法确定上止点,基于缸压和曲轴转角信号分析燃烧过程,得到示功图和放热率曲线．利用开发的软件采集了HCCI发动机的气缸压力和曲轴转角信号,并进行了燃烧分析．结果表明该软件能满足燃烧分析功能的基本要求．     

均质充量压缩燃烧数值模拟的研究动态

与传统的汽油机和柴油机相比,均质充量压缩燃烧(HCCI)方式由于其高热效率和低排放等突出的优越性已成为国际上的研究热点,数学模拟在其中发挥着日益重要的作用.因此,对近年来HCCI燃烧数值模拟研究的进展按单区模型、多区模型和多维CFD模型分别做了全面评述和讨论.前二者在HCCI总体燃烧特性预测与分析方面已取得了显著的成绩;而CFD与详细化学动力学耦合模型由于计算机资源的限制,目前尚处于发展初期.最后,对该领域存在的问题进行了讨论,对今后重点研究方向提出了建议.     

Numerical investigations on HCCI engine with increased induction induced swirl and engine speed

Homogeneous charge compression ignition(HCCI) mode of combustion is popularly known for achieving simultaneous reduction of NOx as well as soot emissions as it combines the compression ignition(CI) and spark ignition(SI) engine features. In this work, a CI engine was simulated to work in HCCI mode and was analyzed to study the effect of induction induced swirl under varying speeds using three-zone extended coherent flame combustion model(ECFM-3Z, compression ignition) of STAR-CD. The analysis was done considering speed ranging from 800 to 1600 r/min and swirl ratios from 1 to 4. The present study reveals that ECFM-3Z model has well predicted the performance and emissions of CI engine in HCCI mode. The simulation predicts reduced in-cylinder pressures, temperatures, wall heat transfer losses, and piston work with increase in swirl ratio irrespective of engine speed. Also, simultaneous reduction in CO2 and NOx emissions is realized with higher engine speeds and swirl ratios. Low speeds and swirl ratios are favorable for low CO2 emissions. It is observed that increase in engine speed causes a marginal reduction in in-cylinder pressures and temperatures. Also, higher turbulent energy and velocity magnitude levels are obtained with increase in swirl ratio, indicating efficient combustion necessitating no modifications in combustion chamber design. The investigations reveal a total decrease of 38.68% in CO2 emissions and 12.93% in NOx emissions when the engine speed increases from 800 to 1600 r/min at swirl ratio of 4. Also an increase of 14.16% in net work done is obtained with engine speed increasing from 800 to 1600 r/min at swirl ratio of 1. The simulation indicates that there is a tradeoff observed between the emissions and piston work. It is finally concluded that the HCCI combustion can be regarded as low temperature combustion as there is significant decrease in in-cylinder temperatures and pressures at higher speeds and higher swirl ratios.     

乙醇燃料内燃机均质压燃的工作区域

在一台由CA6110柴油机改造的单缸HCCI发动机上进行了乙醇燃料的HCCI工作区域的试验研究。确定了由平均指示压力pm i和转速n表示的HCCI工作区域,分析了工作区域内的指示热效率和排放性能。结果表明:HCCI燃烧有较高的指示热效率,最高可达60%;指示热效率主要受负荷的影响,转速对其几乎没有影响。HCCI燃烧只产生很少的NOx,最大NOx指示比排放只有1 g/kWh;而HC和CO排放都比较高,最低的HC和CO排放约为5 g/kWh,而且对负荷非常敏感。     

气口喷射DMM/柴油混合燃料实现HCCI燃烧

为了促进缸内均匀混合气的形成,将不同比例的DMM/柴油混合燃料通过气口喷射,在单缸发动机上实现了具有超低排放特征的HCCI燃烧方式,考察了混合燃料中DMM的比例、冷却EGR率对HCCI燃烧的转速和负荷范围的影响,以及负荷、冷却EGR率和进气温度对HCCI燃烧的影响.研究表明,由于DMM/柴油混合燃料显著改善了燃料的雾化特性,因此混合燃料能够在较宽的转速和负荷范围内实现HCCI燃烧.此外,由于混合燃料含有很高比例的氧份,因此容许采用较大比例的废气再循环,并且因为冷却的废气再循环推迟了HCCI的着火时刻.通过燃料改性结合外部废气再循环在较大范围内实现了HCCI燃烧.